Способы получения мультикристаллическогоМеталлургия хом ашёсидан кўп кристалли кремний олиш усуллари

5.2. Карботермик усул билан "қуёш" сифатли кремний ишлаб чиқариш, кейинчалик йўналтирилган кристалланиш усули билан тозалаш
Юқори тоза Си ишлаб чиқаришнинг маълум усули ҳам мавжуд бўлибSi, унда езилган Си Теч (99,95%) РЕДМЕТ-8 типидаги печга жойлаштирилган shisha-углерод тигелга қуйиладистеклоуглерода. Кремний вакуум остида 900 га қадар иситилади. Кейин ҳарорат 1400 гача кўтарилади ва тигел учувчи бирикмалар ҳосил қилувчи аралашмалар тўлиқ олиб ташланмагунча шу ҳароратда сақланади. Иситишнинг учинчи босқичида ҳарорат 1440 гача кўтарилади ва еритма олингандан сўнг тигел айланади. Шундан сўнг, тигелнинг пастки қисмида уруг ъ кристалларини ҳосил қилиш ва тигелни кристалл ўсиш зонасида ҳаракатлантириш орқали кристалланишни давом еттириш учун ҳарорат градиенти ҳосил бўлади. Поликристалдан сирт аралашмаларини олиб ташлаганингиздан сўнг, Си 99,9993% асосий модда миқдори билан олинади.

Кўп ва битта кристалли Си олишнинг навбатдаги усули шундакиSi, кварцни камайтириш йўли билан олинган Си йўналтирилган кристалланиш усули билан тозаланади. Жараён уч босқичда амалга оширилади, биринчи босқичда кварц кимёвий тозаланган Си Теч томонидан оксидга камаяди; иккинчи босқичда газсимон оксид нозик углерод билан юқори тоза елементар кремнийга камаяди, учинчи босқичда еса иккинчи босқич реакторида олинган суюқ кремний таъсир қилади кўп ёки битта кристалли инготларни ишлаб чиқариш учун йўналтирилган кристалланиш. Олинган кремнийнинг қайта ишланган инготларда тозалиги 99,9995% дан кам емас.

Юқори тоза Си ишлаб чиқаришнинг маълум усули ҳам мавжуд бўлибSi, унда 99,99% Сио2 тозалигига ега кварц доналари ва Siуни ишлаб чиқариш учун бошланғич материаллар сифатида бир хил тозаликдаги гранулалардаги кристалли Си ишлатилади. Кейин кукунлар барабан миксерида аралаштирилади ва тайёр аралаш реактор озиқлантирувчисига юкланади. Кварц Грити дастлабки силлиқлашсиз тигелга юклаш учун ишлатилади. Ушбу дон кремний нитриди билан қопланган графит тигелга юкланади. Кварц еритмасини кружкада олгандан сўнг, Сио2 ва Си кукунлари аралашмаси ҳосил бўлади dispenser орқали плазма машъаласининг нозулига етказинг. Реаксия маҳсулотлари (Сио) argon оқими билан восстановления Сио редуксион реакторига ўтказилади, у ерда улар 2400 га қадар иситиладиган метан оқими билан аралаштирилади ва юқори тоза кремнийни тиклаш даражаси (кремний таркибидаги аралашмаларнинг умумий миқдори билан) 8-10 ппм, шу жумладан углерод 4-5 ппм) 95% ни ташкил етди. % ; юқори тоза кремнийнинг маҳсулдорлиги соатига 5 кг ни

ташкил етди. ихтиронинг мақсади еритилган Siҳажмга аралашмаларнинг бир текис тақсимланиши билан саноат усули билан юқори тоза Си олиш еди. Муаммо Siеритма олиш учун хом Си ни кружкада қиздириш ва еритмани плазма машъаласи билан даволаш орқали ҳал қилинади. Сини плазма машъаласи билан иситиш ва даволаш тигелнинг ўз ўқи атрофида айланиши билан бир вақтда ичи бўш силиндр шаклида еритма олинмагунча амалга оширилади. Си тозалаш жараёнида Siнамуналар тигелнинг айланишини тўхтатмасдан олинади ва белгиланган нопоклик даражасига еришилганда тайёр маҳсулот дренажланади.

Кавасаки Steel Corporation(Япония) қуёш панелларида фойдаланиш учун кремний ишлаб чиқариш усулини таклиф қилди. Тавсия етилган усулга кўра, еритилган Си Теч тўғридан-тўғри махсус ўлчам коеффициентига ега бўлган олдиндан қиздирилган қолипга қуйилиши мумкин(баландлиги/(қолипнинг ўртача кесими/) сифатида ифодаланади/) 1/2) га тенгкучли 0,4. Кейин еритилган кремний 700-1100 ҳароратда аста-секин совутилади, якуний кристалланишгача (қотиш тезлиги 10 мм / мин ёки ундан кам); шу билан бирга, суюқлик юзаси иситилади ёки иссиқлик изоляция қилинади, Си Течнни олдиндан тозалаш еса амалга оширилади. Олинган кремний қайта еритилади ва тозаланади. Фосфор атмосфера босимидан паст босимда еритиш йўли билан чиқарилади, бор ва кремний кислотали ва inert газларнинг газ аралашмаси билан алоқа қилиш орқали чиқарилади ва кислород деоксидланиш орқали чиқарилади. Кремний барининг кетма-кет қисман ериши ва қаттиқлашиши туфайли бардаги аралашмалар миқдори аста-секин камаяди ва шу билан кремний тозаланади. Аралашмаларнинг консентрацияси, ппм, ўз навбатида: П - < 0.1; Б-0.1-0.3; Фе - < 0.1; Ал - < 0.1; Ти - < 0.1; Cа - < 0.1; О - < 5; C - < 5. Нопокликларни олиб ташлаганингиздан сўнг, кремний новда бир вақтнинг ўзида узлуксиз қуйиш (қуйиш тезлиги 2 мм / мин) ва зонанинг ериши ёрдамида янада тозаланди. Електромагнит қолип қолипдаги еритилган кремнийни аралаштиришга, шунингдек, қолип ва еритилган кремний ўртасида бўшлиқ ҳосил қилишга имкон беради, шунинг учун контакциз қотиш мумкин. Темир ва алюминийнинг концентрацияси < 0,1 ппмеди.

1974йилда Siemens АГ (Германия) ва 1985йилдаЕлкем(Норвегия) билан биргаликдаДоу Corning CорпваАхон (Ақш) [33], особочистых кварцитов карботермик пасайиш билан самарадорлиги 10,8-11,8% бўлган СОГ-Си юқори тоза кварцитларни ишлаб чиқариш технологиясини ишлаб чиқишни якунлади.

Разработанный фирмой «Томонидан ишлаб чиқилган усулДоу Corning Cорп. арc реакторида юқори тозаликни камайтирувчи восита билан тоза кварц қумини камайтиришдан иборат. Углеводородлар сифатида тозаланган кўмир, соот ва нефт кокси ишлатилади. Си ишлаб чиқаришнинг яна бир такомиллаштирилган усули SiСио2 дан фойдаланишни ўз ичига олади бор таркиби < 0,001 % ва фосфор < 0,002%, фаоллаштирилган углерод ёки углерод қора (б ва П таркиби < 0,001%). Бу ҳолда, танеcикли ҳc фойдаланиш белгиланган хусусиятлари билан кремний беради(Ақш Patent Но. 4247528 нинг 27.01.1981). Сог-Си тайёрлашда "Siemens А. G."компаниясининг карботермик усули билан юқори сифатли Сио2 ва нозик углерод ишлатилган карботермическим способом фирмы «Siemens (Ақш патенти 4460556 йил 17.07.1984).

хом ашё сифатида кул деярли битта Сио2 дан иборат гуруч қобиғидан фойдаланиш мумкин. Қобиқ ювилади, гидролизланади ва кейин қобиқдаги углерод ёки Cа, Мг билан камаядиMg [34].

Бироқ, маълум хусусиятларга ва юқори рентабелликга ега бўлган катта миқдордаги арзон Сог-Си олиш барқарор технологияга асосланган ва ишончли ускуналар билан жиҳозланган усулдан фойдаланишни талаб қилади (масалан, ҳозирда Cзочралски усули).

Ақшнинг бир қатор компаниялари, жумладанҲамcо Division,Силтеc Cорп,Texas Instruments», «ва Varian», добиваются существенного снижения стоимости «солнечного» SiЧокҳралский усули ёрдамида ягона кристалларни етиштириш усулини такомиллаштириш орқали "қуёш" Си нархини сезиларли даражада камайтиришга еришмоқда. Сог-Си ишлаб чиқаришнинг ушбу усулининг асосий камчиликлари SoG-Siплиталарни кесиш зарурати бўлиб, бу Си нархини сезиларли даражада оширадиSi. Кесиш операциясини деярли тўлиқ бартараф етишга лента кремний билан СБ технологиясини тақдим етиш орқали еришиш мумкин. Бу соҳада ўзгаришлар компаниялари "Hitachi ЛТД "томонидан олиб борилади (Ақш пат Но. 4247528, публ. 27.01.81), "ИБМ тизими маҳсулотлари бўлими". Усулга кўра , Сио2 ва ҲC ўз ичига олган кукунли material ташувчи газ билан иситилади ва қаттиқ бўлакли ҲC билан ўралган реакция камерасига киритилади. Олинган Си таркибида 0,01% дан кўп бўлмаган аралашмалар мавжуд.

"Siemens АГ" компанияси карботермал усулда олинган кремнийдан тайёрланган фотоволтаик хужайраларни маълум қувват сарфи 13 квт бўлган електр ёйи печида синовлари натижаларини еълон 13 қилди.B/ кг Си. Ҳc сифатида иссиқ Ҳcл да олдиндан ишлов бериш билан арзон техник донадор углерод қора ишлатилган. Кейинги йўналтирилган кристалланиш натижасида углерод ва бошқа аралашмалар олиб ташланди (ҳосил 90% еди), шундан сўнг шу тарзда қайта ишланган инготнинг кимёвий таркиби керакли сифатга мос кела бошлади. Ушбу кремнийнинг еришилган самарадорлиги (0,5 УЕС билан п-тури ohms.cm) 14,2% ни ташкил етди (битта кристалли кремний учун 14,7% га қарши). Бироқ, жараён технологияси ҳақида ҳеч қандай маълумот йўқ. Арзон Сог-Си олиш учун асосий тўсиқ-бу якуний маҳсулот талабларига тозалаш пайтида ҲC кимёвий фаоллигининг пасайиши. Бундан ташқари, руда хом ашёси сифатида жуда кўп миқдордаги нопоклик елементлари бўлган кварц қумидан фойдаланиш учун уни газ фазасида "суюқ-суюқлик" тизимида екстракция ёрдамида олдиндан қайта ишлаш керак, сўнгра Ҳcлда ювиш керак, бу сезиларли даражада ошади.кремнийнинг бирлик нархининг нархи.

Технология «Siemens A. G. технологияси 2% нопоклик консентрацияси билан кварцитлардан фойдаланишни таъминлайди. Siemens А. G. билан биргаликда олиб борилган тадқиқотлар шуни кўрсатдики, рус кварцитининг сифати дунёдаги енг юқори кўрсаткичлардан бири бўлиб, мавжуд захиралар 1000 дан ортиқ қувватга ега қуёш фотоволтаик заводларини ишлаб чиқариш учун етарли ГW.

Ин мамлакатимиз, рудани яхшилаш билан боғлиқ масалалар-термал техник кремний ва кремний қотишмалари, РТП тузилмалари ва бошқаларни ишлаб чиқариш билан боғлиқ еритиш операциялари. қайта тиклаш жараёнларининг електротермияси лабораторияси ходимлари томонидан амалга оширилади (УрОРоссия Фанлар Академиясининг Урал филиали металлургия институти, Екатеринбург); карботермик усул билан юқори тоза кремнийни олиш соҳасидаги тадқиқотлар - " НВC "Сибирнинг Қуёш Кремнийси" МЧЖ (Иркуцк), МЧЖ "Км" кварс палитраси " (Александров, Vladimir вилояти), А. P. Виноградов геокимё институти СБ рас (Иркуцк), Ирсту рангли металлар металлургияси ИрГТУкафедраси ходимлари.

Шундай қилиб, шарҳда юқори тоза Си олиш учун турли хил таклиф қилинган усуллар кўрсатилганSi, аммо ҳозирда уларнинг ҳеч бири аппарат дизайнининг мураккаблиги, реагентларнинг юқори нархи ва бошқалар туфайли саноатда амалга оширилмайди. Турли маҳаллий ва хорижий компаниялар томонидан ФЕП учун Си олиш бўйича олиб борилган ишлар шуни кўрсатдики, енг арзон жараён кейинги кристалланиш билан тўғридан-тўғри карботермал усулдир. Шу билан бирга, SiФЕП учун ҳосил бўлган Си ишлаб чиқариш ҳажми истеъмолчилар учун етарли миқдорда қуёш батареяларини ишлаб чиқариш имконини беради. Ўрганилаётган технология ёрдамида ушбу материални олиш имкониятини 5.2-жадвалдаги маълумотлардан кўриш мумкин.

Жадвал 5.2